Exercício Resolvido

Quando utilizamos diodo zener no circuito ilustrado na figura 13, geralmente, queremos aplicar uma tensão constante a uma determinada carga (resistência). Logo, vamos considerar a seguinte situação:

Queremos montar um circuito regulador de tensão, como ilustrado na figura 13. Para isso, estamos utilizando um diodo zener com as seguintes especificações (dados fornecidos pelo fabricante):

• V_Z = 5,6 V;
• I_ZM = 100mA;
• IZm = 10mA.

Nosso regulador utilizará uma fonte de tensão de entrada (V_E) de 12V e deverá ser capaz de alimentar uma carga que poderá variar de 100Ω a 20KΩ. Para que consigamos isso, deveremos encontrar o valor de RS que possibilite o regulador funcionar dentro dessas características.

Para resolver esse problema, precisamos entender que para o diodo zener funcionar normalmente, a corrente que flui pelo mesmo deve ser maior que I_Zm e menor que I_ZM, para qualquer valor de carga.

Sabendo disso, devemos analisar o circuito para duas situações críticas.

 

Primeira situação (I_Zm):

Vamos pensar na seguinte situação: Se a resistência de carga é muito baixa, a corrente de carga será muito alta devido à lei de ohm.

Isso fará com que pouca corrente de I_S flua pelo diodo, pois:

No entanto, essa pouca corrente de I_Z deve ser maior que IZm para que o diodo zener funcione normalmente. Para que isso ocorra, consideramos, nesse caso, que I_S é mínimo, pois qualquer valor acima de I_Smin garante uma corrente no zener maior que I_Zm. Logo, temos:

Utilizando a lei de ohm, podemos reescrever a equação acima por:

Lembrando que onde a corrente é mínima a resistência é máxima e vice versa.

Agora, vamos substituir os valores dados no problema:

 

Segunda situação (I_ZM):

Nesta situação a resistência de carga é muito alta, logo a corrente de carga será muito baixa, devido à lei de ohm.

Isso fará com que grande parte da corrente de IS flua pelo diodo, pois:

No entanto, esse alto valor de I_Z deve ser menor que I_ZM para que o diodo zener funcione normalmente. Para que isso ocorra, consideramos, nesse caso, que I_S é máximo, pois qualquer valor abaixo de I_Smax garante uma corrente no zener menor que I_ZM. Logo, temos:

Utilizando a lei de ohm, podemos reescrever a equação acima por:

Lembrando que onde a corrente é mínima a resistência é máxima e vice versa.

Agora, vamos substituir os valores dados no problema:

Assim, concluímos que para o regulador funcionar para uma carga variável de 100 Ω a 20k Ω, temos que ter um resistor na faixa de 64 Ω a 97Ω. Podemos utilizar um resistor de 82 Ω (valor comercial).